RU2623351C1

RU2623351C1 - Condenser-evaporator

Info

Publication number: RU2623351C1
Application number: RU2016120099A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Савельев; Александр Николаевич Орешкин
Original assignee: Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш")
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2017-06-23

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: condenser-evaporator comprises a housing with inlet ports for working flows input and output, with one or more plate-fin heat exchange elements with alternating boiling and condensing channels, with collectors for condensing medium input and output. Each heat exchange element is made of a whole-piece with a sectionalized boiling cavity, where channels of each section are separated by spacers.

EFFECT: reduced metal consumption.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплообменной аппаратуре, работающей в условиях кипения и конденсации рабочих сред, и может быть использовано в установках низкотемпературного разделения воздуха.The invention relates to a power system, in particular to a heat exchange apparatus operating under conditions of boiling and condensation of working media, and can be used in installations of low-temperature air separation.

Известен конденсатор-испаритель по патенту RU 2100715 С1, опубл. 27.12.1997 г., размещенный в ректификационной колонне, содержащий пластинчато-ребристый теплообменный элемент, состоящий из теплообменной секции с чередующимися каналами кипения и конденсации и с боковыми проходными сечениями, с узлом подвода и отвода конденсирующейся среды с распределительным коллектором, коллектора с патрубком для отвода неконденсирующегося газа, размещенного под верхним торцом теплообменного элемента, коллектора с патрубком для подвода и отвода конденсирующейся среды, размещенного на нижнем торце теплообменного элемента.Known condenser-evaporator according to patent RU 2100715 C1, publ. 12/27/1997, placed in a distillation column, containing a plate-fin heat exchange element, consisting of a heat exchange section with alternating boiling and condensing channels and with lateral flow sections, with a supply and discharge unit for condensing medium with a distribution manifold, a collector with a branch pipe for removal non-condensable gas located under the upper end of the heat exchange element, a collector with a pipe for supplying and discharging a condensing medium located on the lower end of the heat exchange element enta.

Недостатком данной конструкции является ограниченная возможность реализации в ней больших тепловых нагрузок при применении в технологических схемах установок повышенной производительности.The disadvantage of this design is the limited ability to implement large heat loads in it when used in process schemes of high performance plants.

Известен теплообменник по патенту RU 1677478 А1, опубл. 15.09.1991 г., работающий в режиме конденсатора-испарителя с охлаждением конденсата, содержащий корпус с теплообменным пакетом, включающим каналы кипения, образующие с корпусом полость кипения, и чередующиеся с каналами кипения каналы конденсации, соединенные с патрубками входа и выхода, вынесенными за пределы корпуса, с гидрозатвором, с пластиной, установленной между корпусом и теплообменным пакетом, и брусками, разделяющими каналы кипения на верхнюю и нижнюю секции, при этом выход из нижней секции расположен в верхней части последней, вход гидрозатвора соединен с патрубками выхода каналов конденсации, а его выход расположен над перегородкой.Known heat exchanger according to patent RU 1677478 A1, publ. 09/15/1991, operating in a condenser-evaporator mode with condensate cooling, comprising a housing with a heat exchange package including boiling channels forming a boiling cavity with the housing, and condensation channels alternating with boiling channels connected to the inlet and outlet nozzles that are outside the case, with a water lock, with a plate installed between the case and the heat transfer package, and the bars separating the boiling channels into the upper and lower sections, while the exit from the lower section is located in the upper part of the latter, the entrance idrozatvora exit nozzles connected to the condensation channel and its outlet is located above the partition.

Недостатком данной конструкции является ограниченная возможность реализации в ней больших тепловых нагрузок в случае применения ее в технологических схемах установок повышенной производительности.The disadvantage of this design is the limited ability to implement large thermal loads in it if it is used in technological schemes of high-capacity plants.

Наиболее близким к изобретению является конденсатор-испаритель по патенту RU 1815552 А1, опубл. 15.05.1993 г. (принят за прототип), содержащий корпус с размещенными в нем коллекторами; одним или несколькими пластинчато-ребристыми теплообменными элементами, выполненными в форме параллелограмма, с каналами конденсации с углом наклона к горизонтали 5-15° и каналами кипения с углом наклона к вертикали 0-15°, коллекторы с патрубками для ввода и вывода конденсирующейся среды, вынесенные в плоскости входа и выхода кипящей среды, с сохранением площадей боковых сечений для циркулирующей кипящей среды, равновеликими площадям сечений, занятых коллекторами, а насадка, установленная в зоне боковых сечений каналов кипения, выполнена перфорированной.Closest to the invention is a condenser-evaporator according to patent RU 1815552 A1, publ. 05/15/1993 (adopted as a prototype), comprising a housing with collectors located in it; one or more lamellar-fin heat exchangers made in the form of a parallelogram, with condensation channels with an angle of inclination to the horizontal of 5-15 ° and boiling channels with an angle of inclination of 0-15 ° to the vertical, collectors with nozzles for entering and leaving the condensing medium in the plane of the inlet and outlet of the boiling medium, while maintaining the areas of the lateral sections for the circulating boiling medium, equal to the areas of the sections occupied by the collectors, and the nozzle installed in the zone of the lateral sections of the boiling channels is made perforated.

Недостатком данного конденсатора-испарителя является применение в нем нескольких полностью разделенных между собой паянных пластинчато-ребристых теплообменных элементов, требующих применения разделяющих их перегородок-днищ для образования ванн с кипящей средой, в которые должен быть полностью погружен каждый паянный теплообменный элемент, что значительно удорожает конструкцию конденсатора-испарителя.The disadvantage of this condenser-evaporator is the use of several completely soldered brazed plate-fin heat-exchanging elements in it, requiring the use of separating partitions-bottoms for the formation of baths with boiling medium, in which each brazed heat-exchanging element must be completely immersed, which significantly increases the cost of construction condenser-evaporator.

Цель изобретения - разработка компактной конструкции конденсатора-испарителя, позволяющей применять ее в технологических схемах установок низкотемпературного разделения воздуха высокой производительности.The purpose of the invention is the development of a compact design of a condenser-evaporator, which allows it to be used in technological schemes of high-temperature low-temperature air separation plants.

Технический результат - снижение металлоемкости.The technical result is a decrease in metal consumption.

Указанный технический результат достигается тем, что конденсатор-испаритель, содержащий корпус с размещенными на нем патрубками для ввода и вывода рабочих потоков, с одним или несколькими пластинчато-ребристыми теплообменными элементами с чередующимися каналами кипения и конденсации, с коллекторами для ввода и вывода конденсирующейся среды, каждый теплообменный элемент выполнен цельнопаяным с секционированной полостью кипения, в которой каналы каждой секции разделены между собой проставочными брусками. Нижняя секция пластинчато-ребристого теплообменного элемента представляет собой паяную часть с чередующимися каналами кипения и конденсации с коллектором и патрубком для вывода конденсата, а вышерасположенные секции с двух сторон снабжены полостями для приема жидкости, поступающей в каналы кипения через патрубки ввода или переливаемой с вышерасположенной секции через переливные трубы.The specified technical result is achieved by the fact that the condenser-evaporator, comprising a housing with nozzles placed on it for input and output of working streams, with one or more plate-fin heat exchanging elements with alternating boiling and condensation channels, with collectors for input and output of a condensing medium, each heat-exchange element is made completely soldered with a sectioned boiling cavity, in which the channels of each section are separated by spacer bars. The lower section of the plate-fin heat exchange element is a soldered part with alternating boiling and condensation channels with a collector and a condensate outlet pipe, and the upstream sections are provided on both sides with cavities for receiving liquid entering the boiling channels through the inlet pipes or overflowing from the upstream section through overflow pipes.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 - схема конденсатора-испарителя с пластинчато-ребристым теплообменным элементом с секционированной полостью кипения; на фиг. 2 - канал полости конденсации теплообменного элемента.In FIG. 1 is a diagram of a condenser-evaporator with a plate-fin heat exchange element with a sectioned boiling cavity; in FIG. 2 - channel of the condensation cavity of the heat exchange element.

Конденсатор-испаритель (фиг. 1 и фиг. 2) содержит корпус 1 с размещенными на нем патрубками для ввода и вывода кипящих 2 и конденсирующихся 3 рабочих потоков, с одним пластинчато-ребристыми теплообменным элементом 4 с чередующимися каналами кипения 5 и конденсации 6, с коллекторами для ввода 7 и вывода 8 конденсирующейся среды. Каналы полости кипения теплообменного элемента разделены на секции проставочными брусками 9, а каждая секция снабжена с двух сторон полостями 10 для накопления жидкости и подачи ее в каналы кипения, при этом полости кипения каждой секции по высоте сообщены переливными трубами 11.The condenser-evaporator (Fig. 1 and Fig. 2) contains a housing 1 with nozzles for input and output of boiling 2 and condensing 3 working streams, with one plate-fin heat exchange element 4 with alternating boiling channels 5 and condensation 6, s collectors for input 7 and output 8 of the condensing medium. The channels of the boiling cavity of the heat exchange element are divided into sections by spacer bars 9, and each section is provided on both sides with cavities 10 for accumulating liquid and supplying it to the boiling channels, while the boiling cavities of each section are in height communicated by overflow pipes 11.

Секционирование полости кипения теплообменного элемента 4 позволяет максимально исключить влияние давления столба кипящей жидкости на величину средней разности температур между кипящей и конденсирующейся средами по высоте теплообменного элемента, что в свою очередь дает возможность выполнить теплообменный элемент одной пайкой без разделения его на отдельные составляющие с применением дополнительных днищ для накопления кипящей жидкости, что приводит к снижению металлоемкости аппарата.The sectioning of the boiling cavity of the heat exchange element 4 allows us to maximally eliminate the influence of the pressure of the boiling liquid column on the average temperature difference between the boiling and condensing media along the height of the heat exchange element, which in turn makes it possible to perform the heat exchange element with one soldering without dividing it into separate components using additional bottoms for the accumulation of boiling liquid, which leads to a decrease in the metal consumption of the apparatus.

Применение полостей 10 обеспечивает работу каждой секции в режиме кипения с циркуляцией кипящей жидкости без применения дополнительных накопительных корпусных днищ, что приводит к снижению металлоемкости конденсатора-испарителя.The use of cavities 10 ensures the operation of each section in boiling mode with the circulation of boiling liquid without the use of additional storage housing bottoms, which leads to a decrease in the metal consumption of the condenser-evaporator.

Конденсатор-испаритель работает следующим образом: пар на конденсацию через патрубки ввода 3 подается в полость конденсации через коллектор ввода 7. Образующийся конденсат самотеком движется вниз, собирается в коллекторе вывода 8 и сливается через патрубок 3 вывода конденсата. Жидкость на кипение через патрубок ввода 2 подается в полости 10 верхней секции для подачи ее в каналы кипения, где осуществляется процесс парообразования, в результате чего образовавшийся пар выводится за пределы теплообменного элемента 4, а неиспарившаяся жидкость переливается через переливные трубы 11 в полости кипения 10 нижерасположенной секции, в которой процесс парообразования осуществляется аналогично. Нижняя секция полости кипения теплообменного элемента погружена в объем жидкости, накопленной в нижней части корпуса 1 конденсатора-испарителя, из которой поступает в каналы кипения. Образовавшийся в нижней полости кипения пар выводится за пределы теплообменного элемента, а неиспарившаяся жидкость возвращается в объем жидкости, накопленной в корпусе 1 конденсатора-испарителя.The condenser-evaporator works as follows: steam for condensation through the inlet pipes 3 is fed into the condensation cavity through the inlet collector 7. The resulting condensate flows by gravity downward, collects in the collector of the output 8 and merges through the condensate outlet pipe 3. The boiling liquid through the inlet pipe 2 is fed into the cavity 10 of the upper section for feeding it into the boiling channels where the process of vaporization is carried out, as a result of which the generated steam is discharged outside the heat exchange element 4, and the non-evaporated liquid is poured through the overflow pipes 11 into the boiling cavity 10 below sections in which the process of vaporization is carried out similarly. The lower section of the boiling cavity of the heat exchange element is immersed in the volume of liquid accumulated in the lower part of the housing 1 of the condenser-evaporator, from which it enters the boiling channels. The steam formed in the lower boiling cavity is discharged outside the heat exchange element, and the non-evaporated liquid is returned to the volume of liquid accumulated in the housing 1 of the condenser-evaporator.

Claims

1. The condenser-evaporator, comprising a housing with nozzles placed on it for input and output of working streams, with one or more plate-fin heat exchanging elements with alternating channels of boiling and condensation, with collectors for input and output of a condensing medium, characterized in that each the heat exchange element is made completely soldered with a sectioned boiling cavity, in which the channels of each section are separated by spacer bars.

2. The condenser-evaporator according to claim 1, characterized in that the lower section of the plate-fin heat exchange element is a soldered part with alternating boiling and condensation channels with a collector and a pipe for condensate discharge, and the upstream sections are provided with cavities for receiving liquid on both sides entering the boiling channels through the inlet nozzles or overflowing from the upstream section through overflow pipes.